甚長波碲鎘汞紅外焦平面探測器的抗反膜及製備方法
2023-04-28 09:01:11 1
專利名稱：甚長波碲鎘汞紅外焦平面探測器的抗反膜及製備方法
技術領域：
本發明涉及碲鎘汞光電導紅外焦平面探測器，具體是指甚長波碲鎘汞光電導紅外焦平面探測器的光敏區和電極區上的抗反膜及電極區上的抗反膜的製備方法。
背景技術：
碲鎘汞光電導紅外焦平面探測器的光電效率是其重要性能參數之一，如果碲鎘汞光敏面的反射率能夠降低，則器件的光電效率得到提高，從而使碲鎘汞紅外焦平面列陣器件的響應率和探測率都得到提高。因此，目前這個領域中已有中短波(1-5μm)和長波(8-14μm)器件光敏面表面覆蓋不同厚度的ZnS作為增透或抗反膜用，這個厚度一般小於4000，這是由器件的工作波段和光學薄膜的性質決定的。而到目前為止，器件的電極區都以原始金屬面貌裸露在碲鎘汞材料表面，一般金屬材料的反射率都接近於100％，因此這一部分的入射輻射損耗也是相當大的。尤其對於多元器件，由於傳統器件結構其電極的焊接區達不到可靠性要求，為此發展了井伸電極引出結構，見中國專利200510111360.X，「帶有井伸電極的碲鎘汞紅外光電導探測器」，由於這種結構電極區佔較大的面積，導致入射光大部分被電極區反射，從而降低器件的性能。因此，必須尋求一種在特定波段，即甚長波段(15-16μm)，在器件光敏元表面和電極區上生長一層具有最有效的抗反射膜，來提高器件的性能，滿足使用要求。
發明內容
本發明的目的就是要提供一種甚長波碲鎘汞光電導紅外焦平面探測器的光敏區和電極區上的抗反膜及電極區上的抗反膜的製備方法，通過抗反膜來進一步提高器件的光電效率。
本發明的目的是這樣實現的，一種甚長波碲鎘汞光電導紅外焦平面探測器的抗反膜，所述的甚長波碲鎘汞光電導紅外焦平面探測器，包括襯底，通過環氧膠固定在襯底上的碲鎘汞薄片，通過常規的半導體集成器件工藝，在碲鎘汞薄片上形成的光敏元列陣及分別位於光敏元二側的信號引出電極區和公共電極區。所述的抗反膜是置在光敏元列陣、信號引出電極區和公共電極區上的。置於光敏元列陣上的抗反膜是0.8-1.5微米厚的ZnS材料，置在信號引出電極區和公共電極區上的抗反膜是厚度在150～200的銦膜。信號引出電極區和公共電極區是依次由置在碲鎘汞薄片上的銦層和金層構成。光敏元由碲鎘汞和其上的氧化層構成。
一種甚長波碲鎘汞光電導紅外焦平面探測器抗反膜的製備方法，具體步驟如下A.在製備好的碲鎘汞光電導紅外焦平面探測器的光敏元列陣上，利用常規的半導體工藝生長0.8-1.5微米厚的ZnS層；B.利用常規的光刻和掩膜方法，在氬離子鍍膜機中，採用高純銦，對上述器件的信號引出電極區和公共電極區進行離子鍍膜，銦膜厚度控制在150～200；C.對長好的銦膜進行氧等離子再處理，處理條件氣流量5-10(ml/min)；
氣壓200-600mtorr；射頻振蕩頻率8-12MHz；時間6-20分鐘。
經上述氧等離子處理可以使銦膜的表面更光滑緻密，使本身灰暗的銦更為暗淡，反射係數達到此材料的低極限水平。
本發明有如下有益效果1.採用本發明的抗反膜及電極區上抗反膜的處理方法，能最大限度接收入射光的信號，提高了器件的光電效率。
2.本發明特別適合大面積電極區的器件，如帶有井伸電極的碲鎘汞紅外光電導探測器。
圖1是64元井伸電極甚長波光電導碲鎘汞紅外焦平而探測器平面示意圖；圖2是圖1中的某一元剖面結構示意圖；圖3是電極區表面的反射率曲線圖，曲線1為電極區無抗反膜的反射率曲線，曲線2為電極區有銦抗反膜時的反射率曲線，曲線3為抗反膜銦膜經過氧等離子處理後的反射率曲線。
圖4是光敏元表面的反射率曲線圖，曲線1為光敏元表面無抗反膜時的反射率曲線，曲線2為光敏元表面有1微米厚的ZnS抗反膜時的反射率曲線。
具體實施例方式
下面以64元井伸電極15-16μm波段的光電導碲鎘汞紅外焦平面探測器為實施例，結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步的詳細說明見圖2，探測器包括襯底1，通過環氧膠固定在襯底上的碲鎘汞薄片2，薄片2厚度為10μm，採用常規的器件製備工藝，在碲鎘汞薄片上形成64元光敏元3，及每一光敏元二側的信號引出電極區4和公共電極區5。光敏元3由碲鎘汞和其上的氧化層301構成。信號引出電極區4依次由碲鎘汞薄片上的銦層401、金層402構成。公共電極區5依次由碲鎘汞薄片上的銦層501、金層502構成。信號引出電極區4中有一井伸電極區403，井伸電極區由通過氬離子刻蝕至襯底的圓洞，圓洞內依次填有通過真空鍍膜的鉻金屬層4031、金層4032、銦層4033和金層4034構成。井伸電極區403作為信號引出的球焊區，表面沒有抗反膜，井伸電極區的引入解決了器件電極引出的可靠性問題，但同時也增大了電極區的面積。因此，對大而積的電極區表面鍍抗反膜尤其重要。置於光敏元列陣氧化層301上的抗反膜是1微米厚的ZnS層302。置在信號引出電極區金層402和公共電極區金層502上的抗反膜是厚度在150～200的銦層6。
本發明的器件製備和抗反膜的生長都是採用常規的半導體器件製備設備和工藝條件，而抗反膜材料和厚度的選取是經過大量實驗確定的，尤其是銦膜厚度，太厚會引起脫落和反射係數反而增大，太薄則下面的金層裸露而起不到遮掩的作用。對抗反膜銦膜進行氧等離子處理，可進一步降低銦膜的反射率。圖3是本實施例電極區表面的反射率曲線圖，曲線1為電極區無抗反膜的反射率曲線，曲線2為電極區有銦抗反膜時的反射率曲線，曲線3為抗反膜銦膜經過氧等離子處理後的反射率曲線。氧等離子處理條件氧氣流量7SCFH；氣壓350mtorr；射頻振蕩頻率10.7MHz；時間8分鐘。可以看到長銦層後，反射率下降到60％以下，經過氧等離子處理後，反射率繼續下降，達到了最佳的抗反射效果。圖4是本實施例光敏元表面的反射率曲線圖，曲線1為光敏元碲鎘汞氧化層表面的反射率曲線，曲線2為光敏元表面有1微米厚的ZnS抗反膜時的反射率曲線，從下面的圖中可以看出，抗反膜ZnS的反射率呈現出振蕩，比僅僅有氧化層的反射率要低。
權利要求
1.一種甚長波碲鎘汞紅外焦平面探測器的抗反膜，所述的甚長波碲鎘汞光電導紅外焦平面探測器，包括襯底(1)，通過環氧膠固定在襯底上的碲鎘汞薄片(2)，通過常規的半導體器件集成工藝，在碲鎘汞薄片上形成的光敏元列陣(3)及分別位於光敏元二側的信號引出電極區(4)和公共電極區(5)；所述的抗反膜是置在光敏元列陣、信號引出電極區和公共電極區上的。
2.根據權利要求1的一種甚長波碲鎘汞紅外焦平面探測器的抗反膜，其特徵在於所說的置於光敏元列陣上的抗反膜是0.8-1.5微米厚的ZnS膜(302)。
3.根據權利要求1的一種甚長波碲鎘汞紅外焦平面探測器的抗反膜，其特徵在於所說的置在信號引出電極區(4)和公共電極區(5)上的抗反膜是厚度在150～200的銦膜(6)。
4.根據權利要求1的一種甚長波碲鎘汞紅外焦平面探測器的抗反膜，其特徵在於所說的信號引出電極區(4)中有一井伸電極區(403)，井伸電極區由通過氬離子刻蝕至襯底的圓洞，圓洞內依次填有通過真空鍍膜的鉻金屬層(4031)、金層(4032)、銦層(4033)和金層(4034)構成，井伸電極區(403)作為信號引出的球焊區，表面沒有抗反膜。
5.一種甚長波碲鎘汞光電導紅外焦平面探測器抗反膜的製備方法，其特徵在於具體步驟如下§a.在製備好的碲鎘汞光電導紅外焦平面探測器的光敏元列陣上，利用常規的半導體工藝條件生長0.8-1.5微米厚的ZnS層；§b.利用常規的光刻和掩膜方法，在氬離子鍍膜機中，採用高純銦，對上述器件的信號引出電極區和公共電極區進行離子鍍膜，銦膜厚度控制在150～200；§c.對長好的銦膜進行氧等離子再處理，處理條件氣流量5-10(ml/min)；氣壓200-600mtorr；射頻振蕩頻率8-12MHz；時間6-20分鐘。
全文摘要
本發明公開了一種甚長波碲鎘汞紅外焦平面探測器的抗反膜及製備方法，所述的抗反膜是置在光敏元列陣、信號引出電極區和公共電極區上的。置於光敏元列陣上的抗反膜是0.8－1.5微米厚的ZnS材料，置在信號引出電極區和公共電極區上的抗反膜是厚度在150～200的銦膜。所述製備方法的特徵在於在抗反膜銦膜形成後再對其進行氧等離子再處理，使銦膜的表面更光滑緻密，使本身灰暗的銦更為暗淡，反射係數達到此材料的低極限水平。本發明的優點是能最大限度接收入射光的信號，提高了器件的光電效率。本發明特別適合大面積電極區的器件，如帶有井伸電極的碲鎘汞紅外光電導探測器。
文檔編號H01L31/0216GK1937233SQ20061003101
公開日2007年3月28日 申請日期2006年9月11日 優先權日2006年9月11日
發明者朱龍源, 龔海梅, 李向陽, 宋潤秋, 王妮麗, 劉詩嘉, 湯英文, 姜佩璐 申請人:中國科學院上海技術物理研究所